基于模糊控制的多点温度巡回检测系统设计.doc

1、 毕 业 设 计 基于模糊控制的多点温度巡回检测系统设计专业 建筑电气与智能化毕业设计 基于模糊控制的多点温度巡回检测系统设计摘要:近些年来，随着国家工业革命步伐的不断迈进，计算机控制领域的高速兴起，各种基于智能控制技术的工业产品不断地应用到了社会生产中的各个层面，通过计算机技术精准的控制加上机械操作的稳定性，大大提高了生产力，进一步提升了国民平均生产总值。模糊控制是近些年来工业生产中新兴起的一项重要控制技术，通过结合实际情况，在此技术的前提下结合本科阶段的理论知识，展开技术上的研究和探讨。系统以单片机为核心，结合模糊控制原理，建立在多点温度检测基础上。设计并制作了一套基于模糊控制的多点温度巡

2、回检测系统，系统能够实时地对各节点的温度进行精确检测，将检测后的数据结果通过单片机进行处理，通过处理后的温度数据完成对外部的电热丝加热和降温系统的模糊控制，系统通过软件和硬件的结合，能够稳定实现预期的功能要求。系统主要分为单片机控制电路单元、多点温度检测传感电路、按键设置电路、显示模块和设备控制电路等模块，制作过程中主要进行了系统方案的设计，根据方案的设计进行了各功能性电路的硬件电路设计，在设计过程中通过每一部分的硬件独立测试无误后进行整体联合。最终完成整体的硬件电路制作并通过硬件软件配合实现系统联调。系统最终能够有效完成对工业环境中多点温度的巡回检测，当设备开启后，开始对各节点的温度检测值进

3、行采集，将采集后的数据信息和用户设定的温度值进行比对，根据比对结果完成对外部设备的控制操作。控制的过程中结合模糊控制原理，使系统的控制更为精确和可靠。硬件方面性价比高，控制和检测更为精准，运行稳定，对工业控制方面有着非常重要的贡献和研究意义。关键词：单片机；模糊控制；多点巡回毕业设计 Design of Multi-point temperature Itinerant Inspection system based on Fuzzy ControlAbstract：In recent years, with the continuous progress of the national in

4、dustrial revolution and the rapid rise of computer control field, various industrial products based on intelligent control technology have been continuously applied to all levels of social production. Through the precise control of computer technology and the stability of mechanical operation, the p

5、roductivity has been greatly improved, and the average gross national product has been further enhanced. Fuzzy control is an important control technology emerging in industrial production in recent years. Based on the actual situation and the theoretical knowledge of undergraduate course, the techni

6、cal research and discussion are carried out.The system is based on multi-point temperature detection, with single-chip computer as the core and fuzzy control principle. A multi-point temperature circuit detection system based on fuzzy control is designed and manufactured. The system can accurately d

7、etect the temperature of each node in real time. The measured data are processed by a single chip computer. Through the processed temperature data, the fuzzy control of the external heating and cooling system is completed. The system can be stable through the combination of software and hardware. Ex

8、pected functional requirements. The system is mainly divided into MCU control circuit unit, multi-point temperature detection sensor circuit, key setting circuit, display module and equipment control circuit. In the process of production, the system scheme is mainly designed. According to the design

9、 of the scheme, the hardware circuit of each functional circuit is designed. In the process of design, the whole system is completed through the independent test of each part of the hardware. Body association. Finally, the whole hardware circuit is made and the system debugging is realized by hardwa

10、re and software cooperation.Finally, the system can effectively complete the multi-point temperature inspection in the industrial environment. When the equipment is opened, the temperature detection 毕业设计 values of each node are collected, and the collected data and user-set temperature values are co

11、mpared. According to the comparison results, the control operation of external equipment is completed. In the process of control, the principle of fuzzy control is combined to make the control of the system more accurate and reliable. Hardware has a high cost performance ratio, more accurate control

12、 and detection, stable operation, and has a very important contribution to industrial control and research significance.Key Words:Single Chip Microcomputer; Fuzzy Control; Multipoint Circuit毕业设计 目 录1 概述 .11.1 课题研究的背景及意义 .11.2 国内外发展状况 .11.3 主要安排 .22 模糊控制的基本原理 .22.1 模糊命题 .22.2 模糊逻辑 .22.3 模糊语言 .33 系统整体

13、方案设计与论证 .43.1 系统功能分析 .43.2 系统总体方案设计 .43.3 单片机方案的设计和论证 .53.4 温度检测模块的设计和论证 .53.5 显示模块的设计和论证 .53.6 设备控制模块的设计和论证 .64 系统硬件电路设计 .64.1 单片机最小系统设计 .64.2 温度检测模块电路设计 .84.3 按键设置模块电路设计 .104.4 液晶显示模块电路设计 .114.5 设备控制模块电路设计 .125 系统软件部分设计 .135.1 软件开发环境介绍 .135.2 程序流程设计 .145.2.1 主程序流程设计 .145.2.2 显示模块子流程设计 .156 系统的调试 .

14、166.1 硬件电路调试 .166.1.1 硬件调试步骤 .166.1.2 出现的问题和解决办法 .236.2 软件调试 .237 结束语 .24参考文献 .25致 谢 .26附 录 .27附录 1：模糊控制的多点温度巡回检测系统设计程序清单 .27附录 2：元器件目录表 .35附录 3: 模糊控制的多点温度巡回检测系统硬件设计原理图 .36毕业设计 1基于模糊控制的多点温度巡回检测系统1 概述1.1 课题研究的背景及意义工业智能化和人们的日常生活有着非常重要的联系，随着工业革命的兴起，人们便不停的在做着各种各样的技术努力，从而不断提高自身工业生产能力和增强综合国力，不断地为人们日常生活创造更

15、为便利和高效的生活条件。因此，研究和探讨多种类的智能化控制设备，在计算机较为发达的今天，已经成为了一种必不可少的趋势。模糊控制是近年来新兴起的一项重要控制技术，模糊化控制的思想正是诸多工业控制中比较常见的一种智能化控制策略，基于此策略建立的各种新型设备正在不断地被研究和开发，正在发挥着越来越重要的作用。改革开放以来，我国越来越重视推进各种类轻重工业发展。鉴于我国当前面临的各种类工业控制技术短板的状况，合理和精准的工业化控制设备是我国在目前发展中阶段所急需的控制技术，使其能够极大地为我国的物质生产提供有力和可靠的生产保障，不断提高整体生产技术和高效性。随着我国智能科技的不断提升和发展，基于电子智

16、能科技的背景，不断推进整个智能控制系统性能的提升，在为安全生产提供有力保障的同时，能够给人们带来极大的安全感受。作为新一代的智能创新型企业的储备军，通过对目前市场的分析，结合对本科阶段所学内容的探讨和分析，并且对目前的智能模糊控制系统的研究、设计和探索，将会从侧面上为国民经济发展和社会稳定做出应有贡献。1.2 国内外发展状况我国在模糊化智能控制系统的开发背景和研究设计上与西方国家有着明显的差距。首先，与西方工业革命发达国家相比，我国电子信息技术发展相对比较落后。第二，在上世纪七八十年代，由于社会发展中国家整体经济水平不够高，整体工业生产和科技环境普遍不很好，大多数机械硬件跟不上发达国家的步伐。

17、因此，在模糊化智能控制领域，我国相关研发技术和能力都非常有限。近年来，随着我国改革开放步伐的不断加快，整个国家经济形势逐渐转向繁荣和昌盛，经济条件不断提高，工业生产力不断提升，科技投入不断加大，在互联网和电子科技技术的不断带动下，整个工业生产设备制造，也不断面向现代化和国际化。在发达国家的影响之下，国内各种工业智能生产设备也不断向世界各国先进生产科学技术靠近。但必须清晰认识到我国的工业发展还任重而道远，尤其在智能化控制方面技术的研究工作起步较晚，多数智能化控制系统还是建立在国外先进的科技成果之上，自主研发和创新产品仍比较欠缺，只有通过不断的创新和发展，才能逐渐提升我国的国际地位和科技生产力。基

18、于模糊控制的多点温度巡回检测系统设计21.3 主要安排温度控制在工业自动化控制中占有非常重要的地位。将模糊控制方法运用到温度控制系统中，可以克服传统温度控制系统中存在的严重滞后现象，同时在提高采样频率的基础上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。按照设计要求，并在此技术前提下，结合本科阶段所学理论知识，通过开展基于模糊控制的多点温度巡回检测系统的设计，展开相关技术上的研究和探讨。在设计开始，首先阐述了多点温度巡回检测技术在模糊控系统中的研究背景和意义，并结合查阅文献和市场调研，对国内外智能控制系统的应用和发展现状，以及如何提升我国在此项技术中的地位进行了分析和探讨。其次，根据系统需要实现的功能

19、，给出了其基本的结构框图，描述了每一个模块在电路方案中所起到的主要作用。第三，对系统的主要硬件模块的选型和设计进行了论证和分析。同时，根据各部分电路的功能对相应的硬件电路进行了设计和研究。其中包括：单片机最小系统、温度检测模块、按键设置模块、显示模块以及设备控制模块等，描述了其在电路中的主要作用以及硬件电路设计细节和电路的连接方式。在硬件电路设计完成后，对系统的软件设计进行了详细分析和介绍，主要包括软件集成开发环境介绍和软件流程设计介绍两个部分。分析了软件设计过程中的主要方法和策略，对系统中主要的软件子流程进行了流程图设计和分析。结合硬件和软件以及对应的编译环境，对系统的硬件电路软件进行了两部

20、分的调试，在硬件电路调试中给出了硬件调试的步骤，以及出现问题的解决方法，在软件部分主要描述了如何通过硬件电路进行软件代码的编写和调试。在文章的结尾处，对自己所作的工作进行了总结。一是回顾了自己此前所进行的一些努力。二是分析了存在的不足，同时也对相关研究内容进行了相应的扩展。三是对智能控制系统的发展前景进行了展望。2 模糊控制的基本原理2.1 模糊命题模糊命题是清晰命题的推广，清晰命题的真假相当于普通集合中元素的特征函数，而模糊命题的真值在 闭区间取值，相当于隶属函数值。10，模糊命题的一般形式是A：e is F(或 e 是 F) (1)式中 e 是模糊变量， F 是模糊概念所对应的模糊集合。2

21、.2 模糊逻辑模糊命题的真值在 闭区间上连续取值，因此称研究模糊命题的逻辑为连续10，性逻辑，由于主要用于研究模糊集的隶属函数，也称为模糊逻辑。设 x 为模糊命题A 的真值，y 为模糊命题 B 的真值，在连续逻辑中，逻辑运算规则如下：逻辑并： (2)yxx,ma逻辑交： (3)in毕业设计 3逻辑非： (4)x1限界差： (5)yy0限界和： (6)限界积： (7)1蕴涵： (8)xx1等价： (9)xyy2.3 模糊语言(1) 语言变量由一个五元体（N,T(N),U,M,G）来表征的变量，五元体中各个元定义如下：i. N 是变量名称，即单词。ii. T(N)是 N 的语言真值集合。iii.

22、U 是 N 的论域。iv. M 是词义规则。v. G 是记法规则，它规定了原子词，即原始项构成全部项之后的词义变化。(2) 语言算子表示语气程度的模糊量词，它有集中化算子和松散化算子两类。a. 模糊化算子：把一个明确的单词转化为模糊量词的算子称为模糊化算子。在模糊控制中，采样的输入总是精确量。要实现模糊控制，首先必须把采样的精确值进行模糊化，而模糊化实际上就是用模糊化算子来实现的，所以引入模糊化算子具有十分重要的实用价值。b. 判定化算子：把一个模糊词转化为明确题词的算子称为判定化算子。(3) 模糊语句将含有模糊概念、按给定的语法规则所构成的语句称为模糊语句。根据其语义各构成语法规则不同，可以

23、分为下述几种类型。a. 模糊陈述句 模糊是陈述句是相对于具有清晰概念的一般陈述句而言，指的是该类陈述句中含有模糊概念。b. 模糊判断句 模糊判断句是模糊语言中最基本的语句，又称为陈述判断句。c. 模糊推理句 模糊推理句如同模糊判断句一样，不存在绝对的真或假，只能说它以多大程度为真。(4) 模糊推理在模糊控制中，模糊控制规则通常是由模糊条件语句来描述的，它符合人们的思维和推理规律，是一种较为直接的模糊推理。常见的模糊条件推理语句有“if A then B else c”、“if A and B then c”等。一般而言实现模糊运算的实现分以下几步：基于模糊控制的多点温度巡回检测系统设计4a.

24、通过语气算子和补运算，求得模糊集合。b. 确定模糊条件语句所决定的模糊关系 R.c. 计算语气算子所对应的模糊集合。d. 根据输入量和模糊关系 R 求出所对应的数3 系统整体方案设计与论证3.1 系统功能分析 此次设计一种基于模糊控制技术的多点温度巡回检测系统，主要包括以下功能：1. 系统利用 AT89S52 单片机实现对温度的检测与控制。2. 系统能够设定将要控制的温度值，按照相应的控制方法，控制电热丝和电风扇执行相应的动作。3. 设计使用单片机监控温度变化情况，要求实现控制精度为 1，能够控制电热丝持续加热，或电风扇持续降温，或者两者都停止运行。3.2 系统总体方案设计在整个模糊控制温度巡

25、回检测系统中，主要以单片机作为核心控制器，外围电路配合两个节点的温度检测传感器模块、按键设置电路、显示电路和设备控制模块电路进行整体电路功能的实现。温度检测传感器模块分为两个温度节点的检测，用来实现巡回功能，确保系统更加稳定。按键设置电路用来实现温度数据的高低门限设置。显示电路用来实现用户操作过程中的界面交互显示。设备控制模块包含加热电路和散热电路两部分，用来实现对环境温度的改善控制。当系统启动后，对环境中各温度节点进行温度巡回检测，将检测到的各温度节点的温度数据进行处理，并通过显示电路模块进行显示，当各节点的温度数据的平均值小于用户设定的系统温度低阈值门限时，系统通过设备控制模块启动加热系统，来实现对当前工作环境的温度加热功能。当各节点的温度数据的平均值大于用户设定的系统温度高阈值门限时，系统通过设备控制模块启动风扇散热系统，来实现对当前工作环境的温度进行散热。当各节点温度处于温度设定高低阈值之间时，系统设备控制模块不动作。其中，温度的高低门限可根据用户的实际应用需要，在系统启动后通过按键设置电路来进行修改，修改的过程通过液晶显示实时进行操作监控。系统的总体框图具体如下图 3.1 所示：